Optimasi Kombinasi Elektroda pada Proses Elektrokoagulasi

23

1. Optimasi Kombinasi Elektroda pada Proses Elektrokoagulasi

Optimasi kondisi proses ini dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan kombinasi elektroda yang paling optimum untuk mengurangi konsentrasi logam Cd dalam limbah cair elektroplating. Pada uji optimasi kombinasi elektroda dilakukan kombinasi elektroda Fe-Fe, Fe-Al, Al-Fe, dan Al-Al. Sebelum digunakan untuk proses elektrokoagulasi, pelat elektroda Fe dan Al dilakukan analisis kandungan logam. Analisis dilakukan di Laboratorium Pusat Sains dan Teknologi Akselerator-Batan dengan menggunakan metode XRF X-ray Fluoresence. Jika dilihat dari Tabel 3 pelat elektroda Fe mengandung unsur besi ± 90 dan plat elektroda aluminium mengandung unsur aluminium ± 60 . Pada kedua pelat juga mengandung logam lain yang juga terdapat dalam limbah cair elektroplating. Logam Cd juga terdapat dalam pelat Fe dan Al. Ada beberapa tahap utama yang terjadi di dalam metode elektrokoagulasi. Tahap pertama adalah terjadinya reaksi reduksi oksidasi redoks dan elektrolisis air di dalam sistem elektrokoagulasi. Reaksi utama yang terjadi di katoda adalah reaksi reduksi dan elektrolisis air : Al 3+ aq + 3e - Als E = -1,66 V 1 Fe 2+ aq + 2e - Fes E = -0,44 V 2 2H 2 O l + 2e - H 2 g + 2OH - aq E = -0,830 V 3 Reaksi utama yang terjadi di anoda adalah reaksi oksidasi dan elektrolisis air : Als Al 3+ aq + 3e - E = + 1,66 V 4 Fes Fe 2+ aq + 2e - E = + 0,44 V 5 2H 2 O l 4 H + aq + O 2 g + 4e - E = -1,230 V 6 24 Anodik ion logam dan ion hidroksida yang dihasilkan pada permukaan elektroda mengalami reaksi lanjut secara spontan dalam larutan air limbah untuk membentuk hidroksida FeOH 2 dan AlOH 3 Mollah, M.Y.A, et al, 2004: 202. Media larutan disini adalah limbah cair elektroplating. Alumunium hidroksida dan besi hidroksida yang terbentuk pada sistem elektrokoagulasi mempunyai kemampuan untuk menghilangkan polutan dari limbah dengan penyerapan, pengendapan dan tarikan secara elektrostatik, yang kemudian diikuti oleh terjadinya flokulasi. Adsorpsi merupakan mekanisme flokulasi hidroksida AlOH 3 terhadap polutan untuk membentuk flok. Polutan ini disebut flok karena ukuran partikel yang sangat kecil. Flok yang terbentuk merupakan hasil pembentukan dari polutan dengan hidroksida besi atau aluminium dan polimer hidroksil-kompleks yang terbentuk pada proses elektrokoagulasi. Proses elektrolisis air pada sistem elektrokoagulasi ini ditunjukan pada reaksi 3 dan 6. Ion H + pada limbah cair elektroplating yang tergolong asam pH 3 akan direduksi menjadi gas hidrogen H 2 yang bebas menjadi gelembung. Reaksi total elektrolisis air adalah penguraian air menjadi gas hidrogen dan oksigen. Gelembung gas yang dihasilkan dalam proses elektrolisis menyebabkan polutan yang dibentuk sebagai flok terangkat ke permukaan air limbah. Flok dapat terangkat ke atas pada sistem elektrokoagulasi karena mempunyai ukuran partikel yang relatif kecil. Pada penelitian yang telah dilakukan flok yang terbentuk tidak terangkat ke permukaan air limbah, melainkan melayang-layang di dalam gelas kimia dan menempel pada kedua elektroda yang digunakan. Hal ini terjadi karena pengaruh 25 pengadukan pada sistem elektrokoagulasi. Setelah proses elektrokoagulasi dilakukan, terdapat partikel padat yang melayang dan mengendap di dasar gelas kimia. Adanya pengadukan di dalam sistem mempengaruhi efektivitas pembentukan partikel dengan ukuran relatif lebih besar. Pengadukan menyebabkan intensitas tumbukan antar partikel di dalam sistem larutan semakin besar, sehingga menghasilkan penggabungan partikel padatan yang mudah mengendap. Partikel ini disebut endapan. Endapan yang terbentuk mempunyai ukuran partikel yang relatif besar dan cenderung mengendap. Tahap selanjutnya adalah penyaringan limbah hasil proses elektrokoagulasi dengan metode filtrasi mengunakan kertas saring Whatman 42 dan sistem vakum. Pada tahap ini diperoleh endapan yang tertinggal pada kertas saring. Filtrat yang tertampung pada penampung merupakan hasil akhir dari proses elektrokoagulasi. Filtrat hasil penyaringan yang diperoleh berupa larutan jernih tidak berwarna dan tidak berbau. Setelah diperoleh filtrat, lalu dianalisa konsentrasi logam Cd akhir menggunakan metode AAS. Berdasar data konsentrasi logam Cd akhir yang diperoleh, dapat dilakukan perhitungan efisiensi pengurangan konsentrasi logam Cd dalam limbah akhir dan digambarkan dalam bentuk diagram batang seperti Gambar 10. 26 Gambar 10. Diagram Batang Hubungan antara Kombinasi Elektroda dengan Efisiensi Pengurangan Konsentrasi Logam Cd pada Optimasi Kombinasi Elektroda Gambar 10 menunjukan bahwa pada 4 kombinasi elektroda yang telah dilakukan menghasilkan nilai efisiensi pengurangan konsentrasi logam Cd tidak berbeda secara signifikan antara kombinasi elektroda satu dengan lainnya. Namun pada kombinasi elektroda Al-Al memiliki nilai efisiensi pengurangan konsentrasi logam Cd yang paling besar yaitu 63,46 . Hal ini dapat dinyatakan bahwa pada kondisi proses elektrokoagulasi kombinasi elektroda Al-Al menghasilkan pengurangan konsentrasi logam Cd yang paling optimum. Pada penelitian ini optimasi kombinasi elektroda yang dilakukan ada 4 jenis kombinasi elektroda. Masing-masing kombinasi elektroda menghasilkan reaksi redoks yang berbeda antara satu jenis kombinasi dengan kombinasi elektroda lainnya yaitu reaksi 1 - 6. Reaksi redoks yang terjadi di dalam sistem elektrokoagulasi tergantung pada jenis dan kombinasi eletkroda katoda dan anoda yang digunakan. 63.46 60.46 56.18 51.33 10 20 30 40 50 60 70 Al-Al Fe-Fe Fe-Al Al-Fe E fis iens i Kombinasi Elektroda 27 Optimasi kombinasi elektroda yang pertama adalah kombinasi Fe-Fe. Reaksi yang terjadi di katoda adalah reaksi reduksi dan elektrolisis air, ditunjukan pada reaksi 2 dan 3. Reaksi yang terjadi di anoda adalah elektrolisis air dan terjadinya reaksi oksidasi, ditunjukan pada reaksi 5 dan 6. Pada kombinasi elektroda ini terjadi reaksi setimbang karena mempunyai harga E sel = 0 V. Optimasi kombinasi kedua adalah kombinasi Fe-Al. Reaksi yang terjadi di katoda adalah reaksi reduksi dan elektrolisis air, ditunjukan pada reaksi 2 dan 3. Reaksi yang terjadi di anoda adalah elektrolisis air dan terjadinya reaksi oksidasi, ditunjukan pada reaksi 4 dan 6. Pada kombinasi elektroda ini terjadi reaksi spontan karena mempunyai harga E sel 0 V. Optimasi kombinasi ketiga adalah kombinasi Al-Fe. Reaksi yang terjadi di katoda adalah reaksi reduksi dan elektrolisis air, ditunjukan pada reaksi 1 dan 3. Reaksi yang terjadi di anoda adalah elektrolisis air dan terjadinya reaksi oksidasi, ditunjukan pada reaksi 5 dan 6. Pada kombinasi elektroda ini terjadi reaksi tidak spontan karena mempunyai harga E sel 0 V. Optimasi kombinasi keempat adalah kombinasi Al-Al. Reaksi utama yang terjadi di katoda adalah reaksi reduksi dan elektrolisis air, ditunjukan pada reaksi 1 dan 3. Reaksi utama yang terjadi di anoda adalah elektrolisis air dan terjadinya reaksi oksidasi, ditunjukan pada reaksi 4 dan 6. Pada kombinasi elektroda ini terjadi reaksi setimbang karena mempunyai harga E sel = 0 V. Harga potensial sel pada masing-masing kombinasi elektroda di atas menunjukan bahwa pada kombinasi elektroda katoda dan anoda Al-Fe terjadi reaksi yang tidak spontan. Reaksi tersebut mengakibatkan besi pada anoda tidak 28 teroksidasi dengan sempurna dan aluminium pada katoda lebih sukar untuk menghasilkan ion OH - , sehingga kemampuan untuk membentuk hidroksida FeOH 2 kurang optimal. Hal tersebut akan berbanding lurus dengan pembentukan flok yang terjadi di dalam sistem elektrokoagulasi ini. Semakin kecil kemampuan untuk membentuk flok, maka kemampuan untuk mengurangi polutan dan konsentrasi Cd dalam limbah cair elektroplating juga semakin rendah. Hal ini dapat dilihat dari berat flok Tabel 8 dan efisiensi yang diperoleh lebih sedikit dan rendah jika dibandingkan dengan kombinasi elektroda lain yaitu sebesar 51,33 . Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa pada kombinasi elektroda Al-Fe tidak optimum untuk mengurangi polutan dan konsentrasi logam Cd dalam limbah cair elektroplating. Berbeda dengan kombinasi elektroda katoda dan anoda Al-Al. Pada kombinasi elektroda ini terjadi reaksi setimbang karena mempunyai harga E sel = 0 V. Reaksi setimbang adalah reaksi yang berlangsung secara dua arah atau reaksi yang berlangsung bolak-balik. Reaksi setimbang berlangsung secara dinamis, berlangsung secara terus-menerus tanpa henti dengan konsentrasi zat berlangsung pada arah reaksinya. Secara teori pada kombinasi elektroda ini hanya memerlukan sedikit potensial yang diberikan ke dalam sistem elektrolisis agar reaksi elektrolisis dapat terjadi. Pada kombinasi elektroda Al-Al lebih optimum untuk menurunkan logam kadmium dalam limbah cair elektroplating, dibanding dengan kombinasi elektroda yang lain. Hal ini berkaitan dengan dekomposisi potensial atau potensial kerja, dekomposisi potensial adalah potensial eksternal minimal yang harus diberikan kepada sel elektrolitik untuk mengakibatkan proses 29 elektrolisis kontinu. Dapat dikatakan bahwa pada kombinasi elektroda Al-Al dapat terjadi reaksi elektrolisis walaupun dengan pemberian potensial dari luar sumber DC yang seminimal mungkin, sedangkan potensial yang diberikan pada optimasi kombinasi elektroda ini sebesar 1 V. Reaksi setimbang yang terjadi pada kombinasi elektroda Al-Al di dalam sistem elektrokoagulasi mengakibatkan aluminium pada anoda teroksidasi lebih banyak menghasilkan ion Al 3+ dan elektroda aluminium pada katoda lebih banyak menghasilkan ion OH - , sehingga kemampuan untuk membentuk koagulan hidroksida AlOH 3 optimal. Jika pembentukan koagulan AlOH 3 optimal, maka efektivitas pengurangan logam Cd dan polutan lain dalam sistem pengolahan limbah cair elektroplating secara elektrokoagulasi lebih besar. Hal tersebut akan berbanding lurus dengan pembentukan flok di dalam sistem elektrokoagulasi. Flok yang terbentuk pada kombinasi elektroda Al-Al paling banyak dibanding kombinasi elektroda lain, begitu pula efisiensi yang diperoleh paling tinggi dibanding nilai efisiensi dari kombinasi elektroda lain. Efisiensi yang diperoleh pada kombinasi elektroda Al- Al sebesar 63,46 . Tabel 8 menunjukan bahwa pada 4 kombinasi elektroda menghasilkan berat flok yang berbeda-beda. Kombinasi elektroda Al-Al menghasilkan berat flok paling besar yaitu 0,548 gram. Semakin banyak flok yang terbentuk, maka semakin optimum pengurangan polutan yang ada di dalam limbah cair elektroplating. 30

2. Optimasi Waktu pada Proses Elektrokoagulasi